caractéristiques lithologiques sédimentologiques et micropaléontologiques

Affleurant très discrètement et sporadiquement sur un estran rocheux qui ne dépasse pas 1 m de hauteur, la Formation de Mayaguana forme une couche d’épaisseur variable sur environ 50 m de distance horizontale. Elle est caractérisée par des calcaires massifs (calcarénites) très durs, dépourvus de structures sédimentaires et comportant de nombreuses veines de calcite.

Plusieurs types de contact ont été observés entre cette unité et les dolomies microsucrosiques sus-jacentes. En général, le contact avec la Formation de Little Bay est net et se marque par des lamines millimétriques de couleur rouge et orange (Fig. 89D). Latéralement, un contact karstique est préservé, montrant des anfractuosités de dimensions variables qui pénètrent le calcaire ou forment encore de petites poches isolées (Fig. 89A-C).

Figure 89: Illustration des différents types de contact observés entre la Formation de Mayaguana (calcaire brunâtre) et celle de Little Bay (partie blanche). A : Contact net et rectiligne. B : Contact et remplissage karstique. L’unité la plus ancienne a été karstifiée et remplie par des sédiments qui constituent l’unité de Little Bay. C : Contact net et karstification importante mettant en évidence une figure géopétale caractérisée par des petites lamines colorées. D : Contact complexe multicouche composé de plusieurs lamines colorées et millimétriques.

Observations pétrographiques :

Pétrographiquement, ces calcaires massifs sont des grainstones/packstones bioclastiques fins à grossiers, bien cimentés, très riches en foraminifères et en algues rouges. La microfaune principale est largement dominée par des foraminifères benthiques hyalins, agglutinés et porcelanés (Amphistegina spp., Archaias sp., Triloculina spp., Rupertina sp., Acervulina sp., Textularia sp.; Planche 35), par des échinodermes et des fragments de mollusques. Une association typique de grands foraminifères caractérise cette formation. Elle est constituée par une abondance de Miogypsina sp., de Sphaerogypsina sp. et de quelques Miolépidocyclina sp.

(Planches 32 à 34). On remarque également l’absence du genre Miogypsinoides. De nombreuses enveloppes micritiques ainsi que des lithoclastes sont présents. Latéralement, dans d’autres échantillons, des structures alvéolaires associées à de la micrite forment des zones compactes souvent dépourvues de bioclastes.

La cimentation est bien prononcée et se marque essentiellement par des ciments de remplissage drusique et syntaxiaux. Des ciments isopaques palissadiques tapissent également la porosité intergranulaire. Cette dernière est fortement réduite.

Datations :

Les datations reposent à la fois sur les isotopes du strontium et sur les données biostratigraphiques. Deux rapports du strontium ont été obtenus donnant respectivement des valeurs de 0.708545 ± 0.000007 et 0.708547 ± 0.000007, soit un âge compris entre 20 et 15 Ma (McArthur et al., 2001). L’étude des foraminifères en lames minces a montré la présence relativement abondante des genres Miogypsina et Miolepidocyclina. Ces derniers, typiques du Miocène inférieur, confirment les données géochronologiques et la fiabilité de cette méthode de datation pour les roches anté-pléistocènes. Cette découverte très importante justifie une analyse micropaléontologique détaillée.

Etude des Miogypsinidae :

D’un point de vue biostratigraphique, les deux genres de Miogypsinidae déterminés ci-dessus (Miogypsina et Miolepidocyclina) permettent d’affirmer le Miocène inférieur. Cependant, afin de raffiner la datation de cette Formation de Mayaguana, une tentative de déterminations spécifiques sont réalisées.

La détermination des espèces de Miogypsina et Miolepidocyclina réside dans la difficulté d’obtenir une bonne section équatoriale. Cette dernière est nécessaire afin de déterminer tous les différents paramètres utiles pour une détermination précise. Plusieurs sections orientées à non orientées ont été réalisées mais aucune n’a fourni une section type passant par le stade juvénile népionique. La majorité des sections sont axiales et permettent néanmoins d’observer l’arrangement des différentes loges sur les couches équatoriales et latérales. Plusieurs déterminations spécifiques réalisées à partir de sections axiales ont été possibles grâce notamment aux travaux de Brandano et al. (2007), Sirel et Gedik (2011), et Özcan et al., (2009a et b).

Déterminations :

Les déterminations spécifiques reposent uniquement sur des sections axiales à équatoriales obliques. Dans notre matériel, les données biométriques (Fig. 90A) nécessaires à une bonne détermination sont parfois imprécises notamment les angles α et β. Plusieurs travaux, notamment celui de Drooger (1952), ont également inclu pour leur détermination le rapport des diamètres du deutéroculus sur le proloculus. Ce paramètre facilement mesurable donne une précision supplémentaire. 1952: Miogypsina intermedia Drooger, Pl. 3, fig. 4b

2010: Miogypsina intermedia (Drooger); BouDagher-Fadel et Price, Pl. 3, figs. 23-24; Pl. 4, figs. 4-9

Descriptions : une seule section équatoriale oblique exploitable (Fig. 90B) permet de faire une détermination plus précise. Le test est biconvexe à plano-convexe mesurant entre 1 et 2.8 mm de long et entre 500 et 1 mm d’épaisseur. Il est parfois inégalement biconvexe avec la partie plus épaisse décalée vers la périphérie. Les pustules régulièrement espacées font en surface entre 32 et 112 μm de diamètre. Le proloculus et le deutéroculus à paroi épaisse ont une taille respective de 127 μm et de 159 μm. L’épaisseur importante des parois du népionte suppose la présence d’un seul tour de spire autour du proloculus. On compte environ 8 loges du stade népionique. En section équatoriale, les loges du stade néanique sont sub-arrondies à spatulées et présentent de petits stolons à leur base permettant la communication entre elles.

En section axiale, les loges de la couche équatoriale apparaissent sub-rectangulaires au centre, avec un diamètre de 64 μm, à spatulées ou en ogive en périphérie avec un diamètre maximal de 115 μm. Les couches latérales présentent 3 à 5 niveaux de loges selon les spécimens.

Le spécimen mesuré et déterminé fait 1650 μm de longueur et 400 μm de large. Les angles obtenus sur la seule section équatoriale ont donné : α = 62° et β = 263° avec un angle γ positif de 12° (orientation du népion). Les diamètres respectifs de P et D sont de 127 et 159 μm avec un rapport D/P = 1.25. En utilisant la formule V = 200 x α/β permettant de connaitre le degré de symétrie des deux spires protoconchales, on obtient V = 47. Les données paramétriques obtenues et comparées aux données de Drooger (1963), Brandano et al. (2007) et de Özcan et

Less (2009) indiquent l’espèce M. intermedia. Pour celle-ci, le degré de symétrie V est compris entre 45 et 70 et l’angle γ est toujours positif.

Figure 90: Détermination d’une Miogypsina sp. A : Schéma illustrant la méthode de comptage et de mesure des différentes structures internes qui constituent le stade primitif du népion observable uniquement en section équatoriale (modifié de Özcan et Less, 2009). P : proloculus; D : deutéroculus; CAP : chambres ou (loges) auxiliaires primaire; α : angle fait par la plus petite spirale autour du proloculus; β : angle fait par les deux spirales autour du proloculus. Les lignes rouges indiquent le diamètre respectif du proloculus et du deutéroculus.

B : section équatoriale légèrement oblique d’une Miogypsina intermedia (Planche 33, Fig. C) montrant les loges du népionte et la position approximative des angles.

Miogypsina globulina (Michelotti) (Pl. 32, Figs. C, D et H; Pl. 34, Figs. A-B, F) 1841 : Nummulina globulina Michelotti, pl. 1, figs. 11-12

1937 : Miogypsina kotoi Hanzawa, pl. XXV (2), figs. 14-18, p. 154

1959 : Miogypsina globulina (Michelotti) ; Drooger et Socin, pl.1, figs. 5-6

2005 : Miogypsina globulina (Michelotti) ; BouDagher-Fadel et Lokier, pl. 3, fig. 2 2007 : Miogypsina globulina (Michelotti) ; Daneshian et Dana, fig. 6, n°6-7, p. 851 2007 : Miogypsina globulina (Michelotti) ; Brandano et al., pl. 1, figs. 3-4, 6, p. 123 2010 : Miogypsina globulina (Michelotti) ; Matsumaru et al., pl. 4, fig. 5, p. 455

Descriptions : la détermination de M. globulina repose uniquement sur l’observation de sections axiales à équatoriales obliques (Fig. 91A). Les spécimens observés, de taille moyenne à grande, mesurent entre 770 et 1650 μm de longueur depuis la ligne apicale jusqu’à la ligne opposée de la section. Présentant des parois relativement épaisses, le proloculus apparait bien globulaire alors que le deutéroculus est plus large et légèrement sub-sphérique.

La morphologie de leurs tests en section équatoriale est sub-arrondie à sub-triangulaire. En section axiale, les couches latérales sont composées de 5 à 6 niveaux de loges. Les piliers sont bien marqués, régulièrement espacés et présentent des épaisseurs comprises entre 42 et 161 μm. La paroi des différentes loges montre un épaississement assez important. Les valeurs d’angles mesurées indiquent une correspondance avec l’espèce M. globulina d’après les données de Drooger et Socin, (1959), Özcan et Less (2009) et Brandano et al., 2007 (Tab 2, p.

125). Il faut noter les formes sphériques et sub-sphériques respectives du proloculus et du deutéroculus comparées à celles de M. intermedia de la figure 90B.

Figure 91: A : Section équatoriale légèrement oblique de Miogypsina globulina indiquant la position des différents paramètres : diamètres respectifs de P et D sont de 127 et 170 μm avec D/P = 1.34; β = 265°, α = 45°

et γ = 28°. On obtient ainsi une valeur de V = 34. B : section axiale oblique montrant le proloculus et le deutéroculus du stade juvénile. Cette section permet uniquement de connaitre l’angle β (ici β = 282°).

Miogypsina (Miolepidocyclina) burdigalensis (Gümbel) (Pl. 33, Fig. G)

1870 : Orbitoides burdigalensis Gümbel, p. 719

1952 : Miogypsina (Miolepidocyclina) burdigalensis (Gümbel), Drooger, p. 66/67 1954 : Miogypsina (Miolepidocyclina) burdigalensis (Gümbel), Drooger, p. 236 2007 : Miolepidocyclina burdigalensis (Gümbel), Daneshian et Dana, Fig. 6, n°14.

2009 : Miolepidocyclina burdigalensis (Gümbel), Özcan et Less, Pl. 1, figs. 30-31.

Descriptions : la détermination, réalisée à partir d’une section axiale décentrée, est basée sur les dimensions et l’arrangement des loges de la couche équatoriale. C’est une forme très grande, biconvexe, se pinçant légèrement sur les bords et mesurant 4.5 mm de diamètre.

L’épaisseur relativement constante de la couche équatoriale mesure environ 100 μm. Les loges de cette couche sont circulaires au centre et deviennent largement spatulées ou en ogive en périphérie. Les couches latérales sont composées de 5 à 6 niveaux de loges lesquelles sont traversées par de nombreux piliers inégalement répartis. L’épaisseur superficielle des piliers varie entre 50 et 160 μm.

Les descriptions données par Drooger (1954), indiquent à la fois des formes présentant un stade juvénile normalement centré à occasionnellement périphérique. La position du juvénarium par rapport au centre du test a rendu confuse la détermination du genre (Miogypsina ou Miolepidocyclina) chez certains auteurs. Le spécimen décrit ci-dessus montre une loge périphérique (à gauche) très large et haute pouvant représenter le proloculus ou le deutéroculus. Un juvénarium complètement décentré correspond à la définition du groupe des Miogypsina. Cependant, la taille exceptionnellement grande est plutôt caractéristique des

"vraies" Miolepidocyclina.

Miogypsina sp. 1 Pl. 32, Figs. E et F

Descriptions : en section axiale, les tests sont ovoïdes, robustes et biconvexes. Ils mesurent entre 1.5 et 2.5 mm de longueur et entre 0.968 et 0.594 mm de largeur maximale. Les couches latérales sont composées de 4 à 5 niveaux de loges présentant des parois très épaisses. Les loges de la couche équatoriale qui fait environ 62.5 μm d’épaisseur sont sub-carrées à cubiques. Elles évoluent morphologiquement en des loges spatulées en périphérie du test c’est-à-dire vers les zones apicales et antapicales. Sur ces spécimens, il est impossible de distinguer la position du juvénarium. On note également la présence de quelques piliers peu visibles.

Miogypsina sp. 2 Pl. 33, Fig. F; Pl. 34, Fig. D

Descriptions : en section axiale, le test apparait sub-losangique à ovoïde. Il mesure 1.3 mm de longueur et 0.7 mm de large. On compte 3 niveaux de loges latérales. Celles-ci sont rectangulaires et sont empilées les unes sur les autres. La couche équatoriale montre une épaisseur constante de 100 μm. Les loges associées sont rectangulaires à carrées et de dimension identique. Les couches latérales sont traversées par de nombreux piliers régulièrement espacés. Sur ce spécimen, il est impossible de distinguer la position du juvénarium.

Miogypsina sp. 3 Pl. 34, Fig. E

Descriptions : c’est une forme relativement petite, robuste, biconvexe à plano-convexe. Elle mesure environ 800 μm de longueur et 400 μm de largeur. Le rapport L/l observé sur d’autres spécimens en section est toujours proche de 2. Elle comporte deux séries de loges latérales à paroi épaisse qui sont traversées par quelques piliers robustes d’un diamètre superficiel de 33 μm. L’épaisseur de la couche équatoriale mesure 50 μm et les loges semblent spatulées.

Miolepidocyclina sp.

Pl. 34, Fig. G

Descriptions : test très allongé, légèrement biconvexe, robuste qui mesure 5.2 mm de longueur. Sa largeur est de 1 mm. On recense environ 5 à 6 niveaux de loges incurvées sur les couches latérales. Ces dernières mesurent jusqu’à 400 μm de large. L’épaisseur de la couche équatoriale varie sur la longueur. Elle est de 100 μm au milieu du test et de 266 μm sur les périphéries. Les loges de cette couches sont rectangulaires au milieu et spatulées à sub-sphériques sur les bords apicaux et actinaux. Les piliers sont bien présents et possèdent un diamètre superficiel de 100 μm pour les plus épais. La couche équatoriale montre une déformation au milieu du test suggérant probablement l’emplacement du juvénarium. Ce détail morphologique a donc permis de définir le genre Miolepidocyclina sp.

Super-famille : Rotaliacea Famille : Acervulinidae

Genre : Sphaerogypsina Galloway

Sphaerogypsina sp.

Pl. 35, Figs A et B 2010 : Sphaerogypsina sp., BouDagher-Fadel et al., Pl. 6, fig. 2

Descriptions : le test en section équatoriale est sub-circulaire à circulaire d’un diamètre compris entre 1.8 et 1.4 mm. On compte de nombreuses couches de loges empilées les unes sur les autres donnant un aspect rayonnant à la section.

2.3. interprétations Milieu de dépôt :

Les roches calcaires appartenant à la Formation de Mayaguana se sont déposées dans un environnement récifal à lagunaire, comme en témoigne la présence importante de fragments d’algues rouges et de foraminifères benthiques. Les espèces de Miogypsinidae déterminées ci-dessus sont essentiellement caractéristiques de la zone péri-récifale, d’arrière ou d’avant récif, alors que les algues rouges, principalement branchues, colonisent les fonds lagunaires. Il y a donc eu une remaniement des grandes formes benthiques dans une position plus interne que leur milieu de vie. La présence locale de boue en lame mince ainsi que l’absence de structures sédimentaires à l’affleurement suggèrent un environnement relativement calme à modéré. Les structures alvéolaires et les enveloppes micritiques observées dans le microfaciès indiquent une période d’émersion suivie d’une phase de pédogénèse et de diagénèse météorique. Cette dernière a entrainé la lithification des sédiments et une karstification de la roche avant le dépôt plus tardif des dolomies microsucrosiques de la Formation de Little Bay.

Age :

L’analyse micropaléontologique détaillée a révélé la présence de nombreuses espèces de Miogypsinidae. Cependant, le manque de bonnes sections équatoriales n’a pas permis la détermination précise de toutes les espèces. Basée sur les données de la littérature existante pour les provinces méditerranéenne et indo-pacifique, seules deux espèces, Miogypsina intermedia et M. globulina ont pu être identifiées. Ces espèces sont abondantes dans le Burdigalien supérieur alors que M. (Miolepidocyclina) burdigalensis est abondante dans le Burdigalien inférieur (Drooger, 1952).

Cependant, les associations microfaunistiques connues dans ces deux provinces respectives sont bien plus riches et incluent les genres Nephrolepidina et Eulepidina. Des études menées dans la province caribbéenne révèlent également les espèces M. antillea et M. cushmani intermed. mexicana gr. associées à M. globulina. Aucun de ces genres ou espèces n’ont été repérés dans les sections de la Formation de Mayaguana. Le manque de bonnes sections, les difficultés de détermination et l’absence ou la non reconnaissance de certaines espèces associées à M. globulina et à M. intermedia ne permettent pas de dissocier le Burdigalien inférieur du Burdigalien supérieur.

TROISIEME PARTIE :

DISCUSSIONS

A. Géologie et évolution de Mayaguana 1. Introduction

L’archipel des Bahamas est connu pour ses nombreuses plates-formes carbonatées qui, depuis le Cénozoïque, ont enregistré les variations glacio-eustatiques. Leur étude a fourni une multitude de renseignements concernant les sédiments et les processus sédimentaires typiques des plates-formes carbonatées tropicales actuelles (e.g. Newell and Rigby, 1957; Bathurst, 1975; Reijmer et al., 2009), mais a aussi contribué à reconstituer les variations du niveau marin et à comprendre la dynamique des calottes polaires à une échelle globale (Hearty et Kindler, 1995; Eberli, 2000).

La géologie bahamienne repose sur deux principes fondamentaux qui sont résumés ci-dessous.

• La sédimentation carbonatée n’est possible qu’en période de haut niveau marin lorsque le sommet des plates-formes est submergé. En période de bas niveau, les plates-formes émergent, se karstifient et sont affectées par la pédogenèse (Bretz, 1960; Carew et Mylroie, 1997).

• L’ensemble de l’archipel est généralement considéré comme tectoniquement stable (Mullins et Lynts, 1977; Carew et Mylroie, 1995a), impliquant que les variations eustatiques enregistrées dans les sédiments côtiers ne sont pas perturbées par des mouvements tectoniques.

L’île de Mayaguana comprend huit unités lithostratigraphiques principales formées dans des environnements péritidaux à supratidaux et séparées par des paléosols ou par des surfaces karstiques. Les Formations de Mayaguana, de Little Bay, de Timber Bay et de Misery Point datées respectivement du Burdigalien (Miocène inférieur), du Messinien (Miocène supérieur), du Pliocène et du Pléistocène inférieur représentent les plus vieilles unités décrites en surface aux Bahamas. Présentes uniquement sur la côte nord de l’île, elles fournissent un nombre important d’informations concernant la sédimentologie, la diagénèse, les variations eustatiques et l’histoire tectonique de Mayaguana. Plusieurs points seront examinés dans le détail afin de reconstituer l’histoire de cette île depuis le Burdigalien jusqu’à l’Holocène.

Nous verrons que l’histoire sédimentaire et glacio-eustatique de cette plate-forme n’a pas toujours été simple et que l’activité tectonique a joué un rôle important dans la partie SE de l’archipel des Bahamas entre le Miocène et le Pléistocène moyen.

2. Résumé des différentes unités lithostratigraphiques

Formation de Mayaguana : exposée sur la côte nord de l'île (à Little Bay), entre le niveau marin et +1 m, elle est caractérisée par des calcaires bioclastiques riches en Miogypsinidae (Miogypsina sp., Miolepidocyclina sp.). Ces assemblages de grands foraminifères benthiques sont inféodés à un environnement péri-récifal de moyenne profondeur (max. 6 m). Les datations géochronologiques obtenues à partir du strontium (moyenne = 0.708546 ± 0.000001) indiquent le Miocène inférieur. L’association microfaunistique corrobore ce résultat et précise un âge du Burdigalien.

Formation de Little Bay : affleurant sur la côte nord (à Little Bay également), entre le niveau marin et +2 m, cette unité comprend des dolomies microsucrosiques laminées dont le

microfaciès d’origine n’a pas été préservé. Les structures sédimentaires suggèrent un environnement de dépôt tidal de haute énergie. Les isotopes du strontium indiquent un rapport moyen de 0.708988 ± 0.000025, soit un âge indiquant le Miocène supérieur (5.59-6.81 Ma).

Aucun fossile marqueur ne permet de confirmer cet âge.

Formation de Timber Bay : visible sur la côte nord (à Curtis Hills, à Little Bay et à Timber Bay), entre le niveau marin et +3 m, cette formation est caractérisée par des dolomies massives bioclastiques. Elle se distingue des deux premières formations par une abondance de coraux et d’encroûtements algaires. De nature récifale, elle a été datée du Pliocène moyen (2.12-4.09 Ma) par les isotopes du strontium (valeur moyenne de 0.709067 ± 0.000011).

Formation de Misery Point : exposée sur la côte nord de Mayaguana (à Misery Point, à Cactus Hill et à Curtis Hills), entre le niveau marin et +12 m, elle se compose de trois séquences bathy-décroissantes superposées (formant trois membres) et séparées par des paléosols de type terra-rossa. Cette unité est composée par des calcaires bioclastiques altérés et caractérise des environnements de dépôts récifaux, péri-récifaux et intertidaux. Les données isotopiques du strontium indiquent des rapports compris entre 0.709126 ± 0.000008 et 0.709138 ± 0.000015, soit le Pléistocène inférieur (entre 1.00 et 1.19 Ma).

Formation de Owl’s Hole : formée par des calcaires bioclastiques, péloïdaux ou oolitiques, cette unité caractérise des environnements de dépôts récifaux à éoliens. Exposée entre 0 et +25 m, elle se situe au nord (Curtis Hill, Cactus Hill et Misery Point), à l’est (Booby Cay) et au centre de l’île (Abraham’s Bay Hill). Les moyennes des rapports isotopiques du strontium et des rapports A/I obtenus indiquent respectivement 0.709155 ± 0.000009 et 0.637 ± 0.029 et correspondent au Pléistocène moyen (SIM 9 à SIM 13).

Formation de Grotto Beach : constituée par les Membres de French Bay, de Cockburn Town et de Big Cove, elle caractérise respectivement des environnements de dépôt subtitaux à éoliens, récifaux ("bank-barrier reef") à péri-récifaux, et subtidaux à intertidaux. Représentant la plus étendue des formations (Fig. 35), elle renferme des calcaires oolitiques, bioclastiques, construits et oobioclastiques exposés entre le niveau marin et +30 m. Les datations AAR (A/I compris entre 0.301 et 0.472) et U/Th (entre 117 et 130 ka) indiquent le SIM 5e, soit le Pléistocène supérieur.

Formation de Whale Point : présente uniquement sur le côté NW de la plate-forme (Booby Rocks), cette formation montre des calcaires bioclastiques friables sur une épaisseur maximale de 10 m. Elle reflète un environnement exclusivement éolien qui est caractérisé par de grandes stratifications obliques pentées vers l’île principale. Les rapports A/I de 0.516 et de 0.486 indiquent respectivement le SIM 7 et 5e. Cependant, sa position sur la plate-forme, sa relation avec les dépôts plus anciens, sa pétrographie et son degré d’altération suggèrent une correspondance avec le SIM 5a.

Formation de Rice Bay : exposée en position côtière (NWP, Flamingo Bay, No Name Ridge) entre le niveau marin et +2.5 m, elle est formée principalement par des dépôts intertidaux riches en fenestrae et par quelques sédiments éoliens constitués de calcaires oolitiques et bioclastiques peu indurés. Les datations ¹⁴C et A/I (0.100 ± 0.001) indiquent le SIM 1, soit un âge holocène.

3. Distribution, épaisseur et géométrie des différentes unités

Les plus vieilles unités lithostratigraphiques, de la Formation de Mayaguana (Burdigalien) à la Formation de Misery Point (Pléistocène inférieur), affleurent uniquement sur la côte nord de l’île. Elles sont essentiellement constituées par des sédiments déposés dans des environnements marins protégés allant de l’arrière-récif à la plage, mais se situent

Les plus vieilles unités lithostratigraphiques, de la Formation de Mayaguana (Burdigalien) à la Formation de Misery Point (Pléistocène inférieur), affleurent uniquement sur la côte nord de l’île. Elles sont essentiellement constituées par des sédiments déposés dans des environnements marins protégés allant de l’arrière-récif à la plage, mais se situent